JP2878232B2 - 紙の繊維配向測定方法及び繊維配向測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、抄紙工程中にあ
る紙の繊維配向特性を測定するのに適した繊維配向測定
方法及び繊維配向測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高品質な紙を製造するためには、製造さ
れた紙の紙質や繊維配向特性を測定する必要がある。従
来のこの種の繊維配向測定装置として、特開平４−５７
９８３号公報に記載された非接触式配向計や特開平４−
１１３２０５号公報に記載された繊維配向測定装置など
があり、これらの装置は紙面における光の入反射を利用
したものである。

【０００３】特開平４−５７９８３号公報に記載された
装置は、投光部から発せられた光をスリットを備えて回
転する絞り機構を透過させて長手方向が異なる細長い線
状の光（帯光）とし、この帯光を紙面に所定の入射角で
入射させ、その反射光を単一の受光部で捕捉する。そし
て、帯光の長手方向と繊維の配向方向（繊維配向角）と
が一致したときの反射の光強度が最大となることから、
上記異なる方向の帯光に関する反射率の差を測定し、紙
の繊維配向の強さを表わす繊維配向指数を算出するもの
である。

【０００４】また、特開平４−１１３２０５号公報に記
載された装置は、投光部から発せられた光を試料台にセ
ットされた紙に照射し、該試料台を回転させて反射光を
単一の受光部で捕捉し、反射光の強度と試料台の回転角
度から繊維配向指数と繊維配向角を算出するものであ
る。

【０００５】さらに、米国特許第３８０７８６８号に開
示された発明がある。この発明では、紙シートの水平面
に対して高強度の光源により垂直な方向から偏光光束を
照射し、紙面からの反射光を測定角度４５度で、ＫとＰ
の二方向において測定している。なお、Ｋはマシン流れ
方向（縦）、Ｐはマシン横方向（横）であり、これらは
直交する方向としてある。そして、Ｋ／Ｐ（縦横比）ま
たは（Ｋ−Ｐ）（縦横の差）を求め、その値によって繊
維配向特性を表示するものである。

【０００６】この米国特許第３８０７８６８号による紙
の繊維配向測定方法は、光を試料に対して垂直に入射す
ると、繊維長軸方向には反射せず、直交する方向に反射
し、繊維表面での反射光（ｉ）であって入射光の偏光面
と同じ偏光面をもった反射光と、紙層内部に入射し内部
で反射を繰り返して紙面から出射される反射光（ｒ）で
あって入射光の偏光面を保持していない反射光とが存す
ることに基づくものである。そして、入射光と同一の偏
光面を有する反射光強度（ｉ_k1、ｉ_k2、ｉ_p1、ｉ_p2）
と、入射光と直交する偏光面を有する反射光強度
（ｒ_k1、ｒ_k2、ｒ_p1、ｒp₂）をそれぞれ測定し、繊維配
向の測定に寄与しない成分を数１式によって除去し、Ｋ
方向およびＰ方向の平均値（ｅ_k＝（ｅ_k1＋ｅ_k2）／
２、ｅ_p＝（ｅ_p1＋ｅp₂）／２）から配向測定値ｅ_k／ｅ
_p、あるいはｅ_k−ｅ_pを算出するものである。

【数１】ｅ_k1 ＝ ｉ_k1−ｒ_k1、 ｅ_k2 ＝ ｉ_k2−ｒ_k2 ｅ_p1 ＝ ｉ_p1−ｒ_p1、 ｅ_p2 ＝ ｉ_p2−ｒ_p2

【０００７】そして、米国特許第３８０７８６８号には
具体的な測定手順が開示されている。すなわち、光源か
ら試料に対して垂直に光を照射した状態で、試料あるい
は受光部と偏光子とからなる検出ユニットを光軸を中心
として回動させて、偏光子の偏光面を入射光の偏光面と
同一のものとなるよう調整する。この状態で、最大と最
小の反射光強度Ｉを測定する。次に、偏光子を光軸を中
心として９０度回動させて、最大と最小の反射光強度Ｒ
を測定する。そして、前述のように配向測定値Ｉ／Ｒ、
または（Ｉ−Ｒ）を求めるものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】紙の配向特性の測定
は、紙質を調査して紙の品質管理に資することを目的と
してなされるものであるから、抄紙工程中において測定
されることが望ましい。たとえば、ワイヤーパートとプ
レスパート、ドライヤーパートからなる抄紙機では、紙
の配向特性は、ワイヤーパートに水に分散された原料が
供給されたときと、ワイヤーパートを搬送される間にほ
ぼ決定されるものであるから、配向特性の測定結果はワ
イヤーパートへの原料供給状態やワイヤーパートの運転
状況の変更に反映される必要がある。したがって、配向
特性の測定は、例えばドライヤーパートから搬出された
抄紙工程中の紙匹について、いわゆるオンライン測定を
行ない、その結果をワイヤパートへフィードバックする
ことが望ましい。

【０００９】しかしながら、上述した従来の繊維配向測
定装置ではいずれも回転体を備えているために測定に時
間を要するから、オンライン測定には不向きである。し
かも、特開平４−１１３２０５号公報に記載された装置
では、試料台を回転させる必要があるが、抄紙工程中の
紙匹を回転させることは不可能である。この装置におい
ては試料台を回転させるかわりに投光部と受光部から構
成される光学系を回転させても光学的には全く同等であ
るが、光学系が回転している間に紙匹は走行し測定点が
移動してしまうから、同一の部分に対する測定を行い難
く、走行中の紙匹の繊維配向を正確に測定することは困
難である。また、特開平４−５７９８３号公報に記載さ
れた装置でも帯光が回転しており、走行中の紙匹の繊維
配向を正確に測定することは困難である。

【００１０】また、前述した米国特許第３８０７８６８
号に開示された発明では、オンライン用ではマシン流れ
方向については対向した２ヵ所、マシン横方向について
は対向した２ヵ所の合計４ヵ所において反射光強度を測
定するものであり、また、オフライン用では直交する２
方向（合計４ヵ所）において反射光強度の最大値と最小
値のみを測定するものであり、しかも縦横比から配向傾
向を測定するものである。４ヵ所において測定すること
によってマシン流れ方向とマシン横方向とのそれぞれの
平均値を算出して測定精度を向上させようとするもので
あるが、縦横比を求めるものであるため、５ヵ所以上に
おいて測定を行なっても、４ヵ所における測定の場合以
上の測定精度を望めない。また、配向傾向を測定するの
みであって配向角を測定することがないので、繊維配向
分布を測定することはできない。このため、繊維配向を
十分に測定できるものではない。

【００１１】しかも、米国特許第３８０７８６８号に開
示された発明は、Ｋ方向とＰ方向の２方向において、入
射光の偏光方向を９０度回転させて順次測定を行なうた
めに、走行中の紙の繊維配向を測定することには適して
いない。

【００１２】さらに、米国特許第３８０７８６８号に開
示された発明では、抄紙方向と抄紙巾方向との比あるい
は差として繊維配向を表現するため、繊維の方向がＫ方
向あるいはＰ方向からズレた方向にある場合には、正確
な繊維配向を評価することができない。例えば、繊維配
向軸が抄紙方向から角度γでズレている紙シートでは、
真の配向の強さは抄紙方向から角度γの方向とこの方向
に直交する方向において評価されるべきであるにも拘ら
ず、抄紙方向と抄紙巾方向とにおいて評価されることに
なるため、実際の繊維配向とは異なる測定値となってし
まい、正確な評価を行なえない。

【００１３】そこで、この発明は、紙面の繊維配向特性
を繊維配向角と繊維配向指数に分け、しかも繊維配向分
布を測定して評価することによってほぼ正確な配向特性
を得ることができ、また、高品質な紙を製造すべく測定
結果を迅速に反映できるように、オンラインにおいても
配向特性を測定することができる紙の繊維配向測定方法
及び繊維配向測定装置を提供することを目的としてい
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの技術的手段として、この発明に係る紙の繊維配向測
定方法は、静止または走行中の紙の紙面に対して垂直に
無偏光を照射し、該紙面の前記無偏光の入射側であって
紙面に平行な面と入射光軸との交点を中心とする該平行
な面内の円周上の８ヵ所以上において、ほぼ同時に該紙
面によって反射した光を捕捉し、該反射光の強度の分布
を曲線近似して、前記紙における繊維配向特性の評価に
寄与させるための繊維配向角を求めることを特徴として
いる。

【００１５】この方法を抄紙機上で実施するために、請
求項２の発明に係る紙の繊維配向測定方法は、抄紙機上
を走行中の紙の紙面に対して垂直に無偏光を照射し、該
紙面の前記無偏光の入射側であって紙面に平行な面と入
射光軸との交点を中心とする該平行な面内の円周上の８
ヵ所以上において、ほぼ同時に該紙面によって反射した
光を捕捉し、前記無偏光の照射位置を前記抄紙機のクロ
スマシン方向に走査し、前記反射光の強度の分布を曲線
近似して、前記紙における繊維配向特性の評価に寄与さ
せるための繊維配向角を求めることを特徴としている。

【００１６】前記投光手段により無偏光を紙面に対して
垂直方向から照射し、その反射光を紙面の無偏光の入射
側であって紙面に平行な面と入射光軸との交点を中心と
する平行な面内の円周上に配設した複数個の受光手段に
よって捕捉する場合、全ての受光手段に関して入射光軸
と反射光軸のなす角度が等しくなる。したがって、それ
ぞれの受光手段で捕捉された反射光強度のバラツキは、
紙面の配向特性に応じた傾向を示すことになる。このた
め、この反射光強度のバラツキから繊維配向指数や繊維
配向角などの配向特性が求められる。

【００１７】また、測定のための光学系に回転する部材
を備えていないから、複雑な構造とならないとともに、
複数の受光手段によってほぼ同時に反射光を捕捉でき、
紙面の同一の部分における測定を短時間で行なえる。こ
のため、抄紙機に実装することが容易であるとともに、
高速走行中の紙匹の繊維配向特性を測定できる。

【００１８】また、静止した紙または走行中の紙におい
て繊維配向特性に関し紙匹の表裏差を測定するために、
請求項３の発明に係る紙の繊維配向測定方法は、紙のフ
ェルト面およびワイヤー面のそれぞれに対して垂直に無
偏光を照射し、その反射光をそれぞれの側で捕捉するこ
とを特徴としている。

【００１９】また、より正確な測定を行なうために、請
求項４の発明に係る紙の繊維配向測定方法は、紙面によ
って反射した光の捕捉を、前記紙面に平行な面と入射光
軸との交点を中心とする前記円周上でほぼ等間隔にある
位置において行なうことも特徴としている。

【００２０】そして、この発明に係る紙の繊維配向測定
方法を実施するのに好ましい繊維配向測定装置として請
求項５に係る発明は、静止または走行中の紙の紙面に対
して垂直に無偏光を照射する投光手段と、該紙面の前記
無偏光の入射側であって紙面に平行な面と入射光軸との
交点を中心とする該平行な面内の円周上に配設し、受光
部が該紙面と入射光軸との交点を臨んで該紙面によって
反射した光を捕捉する８個以上の受光手段と、前記それ
ぞれの受光手段により測定された反射光強度が入力さ
れ、該入力信号を適宜に処理して光強度情報を出力する
光情報処理回路と、前記光情報処理回路の出力信号から
反射光の強度の分布を曲線近似して、前記紙における繊
維配向特性の評価に寄与させるための繊維配向角を算出
する演算回路とを備えたことを特徴としている。

【００２１】また、この装置を抄紙機に実装するのに適
したものとして、請求項６の発明に係る紙の繊維配向測
定装置は、抄紙機上を走行中の紙の紙面に対して垂直に
無偏光を照射する投光手段と、該紙面の前記無偏光の入
射側であって紙面に平行な面と入射光軸との交点を中心
とする該平行な面内の円周上に配設し、受光部が該紙面
と入射光軸との交点を臨んで該紙面によって反射した光
を捕捉する８個以上の受光手段と、前記それぞれの受光
手段により測定された反射光強度が入力され、該入力信
号を適宜に処理して光強度情報を出力する光情報処理回
路と、前記光情報処理回路の出力信号から反射光の強度
の分布を曲線近似して、前記紙における繊維配向特性の
評価に寄与させるための繊維配向角を算出する演算回路
とからなり、前記投光手段と受光手段とを前記抄紙機の
クロスマシン方向に走査させることを特徴としている。

【００２２】そして、静止した紙または走行中の紙にお
いて繊維配向特性に関し紙匹の表裏差を測定するため
に、請求項７の発明に係る紙の繊維配向測定装置は、前
記紙面をフェルト面およびワイヤー面とし、それぞれの
面を照射する前記投光手段とその反射光をそれぞれの側
で捕捉する前記受光手段とを備えていることを特徴とし
ている。

【００２３】さらに、より正確な測定を行なうために、
請求項８の発明に係る紙の繊維配向測定装置は、前記８
個以上の受光手段を、前記紙面に平行な面と入射光軸と
の交点を中心とする前記円周上にほぼ等間隔に配設した
ことも特徴としている。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図示した実施形態に基づい
て、この発明に係る紙の繊維配向測定方法及び繊維配向
測定装置を具体的に説明する。なお、本実施形態では８
個の受光手段を備えたものについて説明している。

【００２５】図１はこの繊維配向測定装置の概略を示す
側面図で、繊維配向特性を測定すべき紙１の紙面1aの上
方に投光手段10が配設されている。この投光手段10は半
導体レーザー11とレンズ12、偏光子13、１／４波長板14
とによって構成されており、半導体レーザー11により発
せられたレーザー光をレンズ12、偏光子13、１／４波長
板14を透過させて、円偏光Ｌｉが得られるようにしてあ
る。円偏光は、偏光方向が回転しながら進行する光であ
り、偏光特性をもたない無偏光と異なるが、偏光方向の
回転周期が10-15 秒程度と極度に短いため、無偏光とみ
なすことができる。もちろん、無偏光を発するハロゲン
ランプ等と無偏光を平行光にするレンズ系を備えた投光
手段を用いてもよい。そして、投光手段10はこの円偏光
Ｌｉを紙面1aに垂直方向から照射する位置に配設されて
いる。

【００２６】他方、８個の受光手段20a〜20hは、図２に
示すようにそれぞれ偏光子21a〜21hと光の強度を電気信
号に変換する受光素子22a〜22hとから構成されている。
そして、図１に示すように、紙面1aと平行な面と前記円
偏光Ｌｉの入射光軸との交点を中心として、該平行な面
内に形成された円周上にほぼ等間隔となるように配設さ
れている。さらに、この受光手段20a〜20hは、その受光
部が上記円偏光Ｌｉの入射光軸と紙面1aとの交点を臨ん
だ状態に配設されている。したがって、前記投光手段10
から発せられたレーザー光は紙面1aで反射して、反射光
Ｌｒは受光手段20a〜20hによって捕捉されることにな
る。

【００２７】受光手段20a〜20hによって捕捉された反射
光Ｌｒは上記偏光子21a〜21hを透過することによって所
定の偏光に分離されたのち上記受光素子22a〜22hに入射
する。このとき、円偏光Ｌｉと反射光Ｌｒとのなす入反
射光角度θｒは、０°＜θｒ＜９０°の範囲となるが、
繊維配向を算出するためには繊維配向を反映した光の反
射率が高い方が望ましく、そのためには入反射角度θｒ
を大きくすることが望ましい。

【００２８】また、受光手段20a〜20hは上記円周上で局
所的に密集して配設されると、紙面1aの偏った方向に対
するデータが採取されることになり、正確な繊維配向特
性を取得することができなくなってしまう。したがっ
て、受光手段20a〜20hは上記円周上にほぼ等間隔で配設
することが望ましい。なお、抄紙機上の紙匹について配
向特性を測定する場合のように、紙匹の繊維配向がほぼ
抄紙機の流れ方向に沿っていると推測できるような場合
には、反射光Ｌｒを捕捉しやすい位置に受光手段20a〜2
0hを配設しても差し支えない。

【００２９】さらに、受光手段20a〜20hの上記偏光子21
a〜21hは、反射光Ｌｒから上記円偏光Ｌｉと反射光Ｌｒ
を含む面に対して垂直方向に振動する偏光を分離するも
のとしてあるか、あるいは上記円偏光Ｌｉと反射光Ｌｒ
を含む面に対して平行方向に振動する偏光を分離するも
のとしてある。したがって、配設された偏光子21a〜21h
に応じて前記受光素子22a〜22hでは、垂直方向に振動す
る偏光、あるいは平行方向に振動する偏光のいずれかの
みが捕捉される。なお、これら偏光子21a〜21hを用いず
に上記偏光を分離することなく、反射光Ｌｒを受光素子
22a〜22hで捕捉するようにしたものであっても構わな
い。また、繊維配向を反映した光の反射率が最も高くな
るのは、入射光軸と反射光軸を含む面に対して垂直方向
に振動する偏光であるから、該偏光を分離する偏光子21
a〜21hを用いて反射光Ｌｒの強度を測定することが望ま
しい。

【００３０】そして、図３に示すように、受光素子22a
〜22hの出力端子は光情報処理回路31の入力端子31a〜31
hに接続されており、該受光素子22a〜22hで捕捉された
反射光Ｌｒの強度が電気信号に変換されて該光情報処理
回路31に入力される。この光情報処理回路31では入力さ
れた光強度信号を適宜に信号処理して、それぞれの受光
素子22a〜22hで捕捉された反射光Ｌｒの強度Ｆと、当該
受光素子22a〜22hの前記入射光軸Ｌｉを中心とした円周
上における配設角度θとを含む光情報信号として出力す
る。光情報処理回路31の出力側には演算回路32が接続さ
れており、該演算回路32では、入力された光情報信号
を、

【数２】 Ｆ(θ) ＝ Ｃ（１＋ηＣＯＳ２（θ−α）） に適用して、紙面1aの繊維配向の強さを表わす配向指数
ηと、紙面1aの繊維配向の方向を表わす配向角αを算出
する。なお、数２において、Ｆは光強度、θは受光手段
20a〜20hの配設角度、Ｃは反射光強度の平均値をそれぞ
れ表わす。また、数２はフーリエ級数の一部であり、取
得データから紙の繊維配向を曲線近似して計算する周期
関数として知られているものであるが、この演算式の他
に、フォン・マイス（Ｖｏｎ Ｍｉｓｅｓ）関数や楕円
関数などを用いることもできる。

【００３１】上記演算回路32で算出された配向指数ηと
配向角αなどは、該演算回路32に接続されたＣＲＴ表示
装置などの表示手段33で表示されたり、また該演算回路
32に接続されたプリンタやプロッタなどによって印刷さ
れる。

【００３２】そして、以上により構成した紙の繊維配向
測定装置を用いて、１枚の小判に裁断された試料（紙）
の配向特性を測定する場合には、この装置を固定した状
態にして試料を止着した試料台を所定の方向に移動させ
るか、逆に試料台を固定してこの装置を移動させながら
データを取得すれば、試料の２次元的な繊維配向分布を
測定できる。また、試料の表裏について測定を行なえ
ば、試料のワイヤー面とフェルト面についての繊維配向
分布を測定でき、試料の表裏差に関する繊維配向分布を
測定できる。

【００３３】また、抄紙工程中の紙匹の繊維配向特性を
測定する場合には、抄紙機の幅方向の両側に支柱を設
け、この支柱にガイドレールを掛け渡し、この繊維配向
測定装置を該ガイドレールに案内させて移動自在となる
よう支持させて、抄紙機上に設置すればよい。そして、
この繊維配向測定装置をガイドレールに沿ってクロスマ
シン方向に走査させれば、マシン方向及びクロスマシン
方向に対する紙匹の繊維配向特性を測定することができ
る。さらに、抄紙工程中の紙匹のワイヤー面側とフェル
ト面側とにこの装置を設置して、クロスマシン方向に走
査させれば、マシン方向及びクロスマシン方向における
繊維配向特性の表裏差を測定できる。なお、走査させな
い場合には、紙匹のマシン方向に対する繊維配向特性を
測定することができる。

【００３４】次に、試作したこの紙の繊維配向測定装置
を用いて、試料について繊維配向に関するデータを取得
したので、その試験結果を示す。

【００３５】〈試験１〉投光手段10の半導体レーザー11
に、波長670nm、最大出力20mＷのものを用い、受光素子
22にシリコンフォトダイオードを用いて、坪量64ｇ／m²
のＰＰＣ用紙について繊維配向特性の測定を行なった。
測定に際して設置した受光手段20の数を２個〜20個まで
異ならせて行ない、それぞれの受光手段20は紙面に平行
な円周上にほぼ等間隔に配設した。また、受光手段20
に、偏光子21を設けない場合、入射光軸と反射光軸を含
む面に対して平行方向に振動する偏光を分離する偏光子
21を用いた場合、入射光軸と反射光軸を含む面に対して
垂直方向に振動する偏光を分離する偏光子21を用いた場
合のそれぞれについて測定を行なった。測定結果を表１
に示す。

【表１】

【００３６】入射光軸Ｌｉを中心とする紙面に平行な円
周上にほぼ等間隔に配設された複数個の受光手段で測定
された反射光強度は、その受光手段20の配設角度に対し
て周期関数（周期π）であり、表１に示したように、受
光手段20を８個以上設置した場合に取得されたデータか
ら計算された配向指数、配向角（周期関数）によって実
用上十分な精度が得られていることが判る。したがっ
て、受光手段20を少なくとも８個以上配設することが望
ましく、さらにオンライン計測機器の装置の軽量化、小
型化の点では８個の受光手段20によって構成することが
望ましい。

【００３７】〈試験２〉従来法として、実験用方向性抄
紙機を用い、そのシートドラム速度とパルプスラリーの
ジェット流速度を変更しながら染色繊維を混合した紙料
（パルプスラリー）を抄紙して繊維配向性を異ならせ、
その試料に関してシートドラムの回転方向に対する染色
繊維の方向と当該方向にある染色繊維の数を実測する。
次に、同じ試料について、前記試験１で使用した装置で
あって８個の受光手段20を備えた繊維配向測定装置を用
いて、入反射光角度θｒを３０°と５０°、７０°のそ
れぞれについて測定を行なった。また、受光手段20に、
偏光子21を設けない場合、入射光軸と反射光軸を含む面
に対して平行方向に振動する偏光を分離する偏光子21を
用いた場合、入射光軸と反射光軸を含む面に対して垂直
方向に振動する偏光を分離する偏光子21を用いた場合の
それぞれについて測定を行なった。従来法による実測
と、この繊維配向測定装置による測定結果から算出した
配向指数及び配向角とを比較した結果を図４〜図12に示
す。図４〜図６は偏光子21を用いない場合であってそれ
ぞれ入反射光角度θｒを３０°、５０°、７０°とした
場合を、図７〜図９は入射光軸と反射光軸を含む面に対
して垂直方向に振動する偏光を分離する偏光子21を用い
た場合であってそれぞれ入反射光角度θｒを３０°と５
０°、７０°とした場合を、図10〜図12は入射光軸と反
射光軸を含む面に対して平行方向に振動する偏光を分離
する偏光子21を用いた場合であってそれぞれ入反射光角
度θｒを３０°と５０°、７０°とした場合を示してい
る。また、図４〜図12のそれぞれには、（ａ）に配向指
数の対応関係を、（ｂ）に配向角の対応関係を示してい
る。

【００３８】図４〜図６に示す偏光子21を用いない場合
について比較すると、（ａ）に示した配向指数は従来法
と高い相関をもっており、（ｂ）に示した配向角は従来
法と同じ値をとっており、この紙の繊維配向測定装置に
よって試料の繊維配向特性をほぼ正確に測定しており、
入反射光角度θｒが大きい方が（ａ）に示した直線の傾
きが大きくなって、紙の違いによる繊維配向特性の相違
をより顕著に測定していることが判る。また、図７〜図
９に示す入射光軸と反射光軸を含む面に対して垂直方向
に振動する偏光を分離する偏光子21を用いた場合と、図
10〜図12に示す入射光軸と反射光軸を含む面に対して平
行方向に振動する偏光を分離する偏光子21を用いた場合
についても、偏光子21を用いない場合と同様であること
が判る。

【００３９】なお、従来法による測定は繊維１本１本の
方向とその数を実測する直接法であり、本装置による測
定は繊維配向を反映した光を測定する間接法であり、配
向指数に関して数値の桁数が異なるのは、これら測定方
法の違いによるもので、紙による繊維配向特性の相違を
測定するという意味で、精度上無関係である。ただし、
配向角に関してはほぼ同値でなければならない。

【００４０】また、等しい入反射光角度θｒについて、
偏光子21を用いない場合と、平行方向の偏光を分離した
場合、垂直方向の偏光を分離した場合とを比較すると、
いずれの入反射光角度θｒにおいても、入射光軸と反射
光軸を含む面に対して垂直方向に振動する偏光を分離す
る偏光子21を用いた場合が（ａ）に示した直線の傾きが
大きく、紙の相違による繊維配向特性の違いをより顕著
に表わしている。すなわち、試験２の結果より、入反射
光角度θｒを大きくして、入射光軸と反射光軸を含む面
に対して垂直方向に振動する偏光を分離する偏光子21を
用いた受光手段20とした繊維配向測定装置とすることが
望ましいことが判る。

【００４１】〈試験３〉前記試験１で使用した装置であ
って、８個の受光手段20の入反射光角度θｒを５０°と
し、受光手段20に入射光軸と反射光軸を含む面に対して
垂直方向に振動する偏光を分離する偏光子21を用いた繊
維配向測定装置によって、長網式抄紙機上を速度620 m
／minで走行している坪量64ｇ／m²のＰＰＣ用紙のワイ
ヤー面側とフェルト面側の繊維配向特性を測定した。そ
の結果得られた配向指数を図13に配向角を図14にそれぞ
れ示してある。なお、これらの図13及び図14において、
太い実線でワイヤー面側の測定結果を示し、細い実線で
フェルト面側の測定結果を示してある。

【００４２】この結果では、上記紙匹について、配向指
数はワイヤー面側の方がフェルト面側よりも大きく、配
向角はワイヤー面側の方がフェルト面側よりも大きいこ
とを示している。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る紙
の繊維配向測定方法及び繊維配向測定装置によれば、入
射光を無偏光とし、紙面による反射光を複数個の受光手
段によってほぼ同時に捕捉して繊維配向特性を測定する
ようにしたから、光学系に回転体を必要とせず、極めて
短時間で測定を行なうことができる。また、回転体を必
要としない構造であるから、複雑な構造とならずに小型
化を図ることができる。しかも、紙に接触せず、かつ紙
を破壊することなく測定できる。

【００４４】さらに、測定時間を極めて短くできるか
ら、高速で走行する紙の繊維配向特性を容易にほぼ正確
に測定できる。このため、抄紙機上に設置してオンライ
ンで測定を行なうことができるとともに、抄紙機上の紙
匹の表裏に対向して設置すれば、容易に紙匹のワイヤー
面側とフェルト面側の繊維配向特性の測定と比較を行な
うことができる。したがって、測定結果を抄紙機の運転
状況に迅速にフィードバックでき、製造される紙の品質
の向上を図ることができる。

【００４５】加えて、オフラインの測定において、１枚
の試料の所望の方向について繊維配向分布を測定でき、
試料のフェルト面とワイヤー面について測定を行えば、
試料の表裏差に関する繊維配向分布を測定でき、これら
は品質調査に大いに利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る紙の繊維配向測定装置の測定部
の概略の構造を示す側面図である。

【図２】この発明に係る紙の繊維配向測定装置の測定部
の概略の構造を示す平面図である。

【図３】この発明に係る紙の繊維配向測定装置の光情報
信号を演算処理する構成を示す概略の回路ブロック図で
ある。

【図４】所定の試料に関して、この発明に係る紙の繊維
配向測定装置で、入反射光角度θｒを３０°とし、受光
手段に偏光子を用いないで測定した場合と、従来法によ
って実測した場合の繊維配向特性を示す図であり、
（ａ）に配向指数を（ｂ）に配向角を示している。

【図５】所定の試料に関して、この発明に係る紙の繊維
配向測定装置で、入反射光角度θｒを５０°とし、受光
手段に偏光子を用いないで測定した場合と、従来法によ
って実測した場合の繊維配向特性を示す図であり、
（ａ）に配向指数を（ｂ）に配向角を示している。

【図６】所定の試料に関して、この発明に係る紙の繊維
配向測定装置で、入反射光角度θｒを７０°とし、受光
手段に偏光子を用いないで測定した場合と、従来法によ
って実測した場合の繊維配向特性を示す図であり、
（ａ）に配向指数を（ｂ）に配向角を示している。

【図７】所定の試料に関して、この発明に係る紙の繊維
配向測定装置で、入反射光角度θｒを３０°とし、受光
手段に入射光軸と反射光軸を含む面に対して垂直方向に
振動する偏光を分離する偏光子を用いて測定した場合
と、従来法によって実測した場合の繊維配向特性を示す
図であり、（ａ）に配向指数を（ｂ）に配向角を示して
いる。

【図８】所定の試料に関して、この発明に係る紙の繊維
配向測定装置で、入反射光角度θｒを５０°とし、受光
手段に入射光軸と反射光軸を含む面に対して垂直方向に
振動する偏光を分離する偏光子を用いて測定した場合
と、従来法によって実測した場合の繊維配向特性を示す
図であり、（ａ）に配向指数を（ｂ）に配向角を示して
いる。

【図９】所定の試料に関して、この発明に係る紙の繊維
配向測定装置で、入反射光角度θｒを７０°とし、受光
手段に入射光軸と反射光軸を含む面に対して垂直方向に
振動する偏光を分離する偏光子を用いて測定した場合
と、従来法によって実測した場合の繊維配向特性を示す
図であり、（ａ）に配向指数を（ｂ）に配向角を示して
いる。

【図１０】所定の試料に関して、この発明に係る紙の繊
維配向測定装置で、入反射光角度θｒを３０°とし、受
光手段に入射光軸と反射光軸を含む面に対して平行方向
に振動する偏光を分離する偏光子を用いて測定した場合
と、従来法によって実測した場合の繊維配向特性を示す
図であり、（ａ）に配向指数を（ｂ）に配向角を示して
いる。

【図１１】所定の試料に関して、この発明に係る紙の繊
維配向測定装置で、入反射光角度θｒを５０°とし、受
光手段に入射光軸と反射光軸を含む面に対して平行方向
に振動する偏光を分離する偏光子を用いて測定した場合
と、従来法によって実測した場合の繊維配向特性を示す
図であり、（ａ）に配向指数を（ｂ）に配向角を示して
いる。

【図１２】所定の試料に関して、この発明に係る紙の繊
維配向測定装置で、入反射光角度θｒを７０°とし、受
光手段に入射光軸と反射光軸を含む面に対して平行方向
に振動する偏光を分離する偏光子を用いて測定した場合
と、従来法によって実測した場合の繊維配向特性を示す
図であり、（ａ）に配向指数を（ｂ）に配向角を示して
いる。

【図１３】入反射光角度θｒを５０°とし、受光手段に
入射光軸と反射光軸を含む面に対して垂直方向に振動す
る偏光を分離する偏光子を用いたこの発明に係る紙の繊
維配向測定装置を、長網式抄紙機に実装して測定した配
向指数を示す図で、紙匹のワイヤー面側の測定結果を太
い実線で、フェルト面側の測定結果を細い実線で示して
ある。

【図１４】入反射光角度θｒを５０°とし、受光手段に
入射光軸と反射光軸を含む面に対して垂直方向に振動す
る偏光を分離する偏光子を用いたこの発明に係る紙の繊
維配向測定装置を、長網式抄紙機に実装して測定した配
向角を示す図で、紙匹のワイヤー面側の測定結果を太い
実線で、フェルト面側の測定結果を細い実線で示してあ
る。

【符号の説明】

１ 紙 1a 紙面 10 投光手段 11 半導体レーザー 12 レンズ 13 偏光子 14 １／４波長板 20a〜20h 受光手段 21a〜21h 偏光子 22a〜22h 受光素子 31 光情報処理回路 32 演算回路 33 表示手段 Ｌｉ 入射光 Ｌｒ 反射光 θｒ 入反射光角度

フロントページの続き (72)発明者 畑野 昭夫 東京都北区王子５−21−１ 日本製紙株 式会社 中央研究所内 (56)参考文献 特開 平４−113205（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−33285（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) D21F 7/06 G01B 11/26

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 静止または走行中の紙の紙面に対して垂
   直に無偏光を照射し、 該紙面の前記無偏光の入射側であって紙面に平行な面と
   入射光軸との交点を中心とする該平行な面内の円周上の
   ８ヵ所以上において、ほぼ同時に該紙面によって反射し
   た光を捕捉し、 該反射光の強度の分布を曲線近似して、前記紙における
   繊維配向特性の評価に寄与させるための繊維配向角を求
   めることを特徴とする紙の繊維配向測定方法。
2. 【請求項２】 抄紙機上を走行中の紙の紙面に対して垂
   直に無偏光を照射し、 該紙面の前記無偏光の入射側であって紙面に平行な面と
   入射光軸との交点を中心とする該平行な面内の円周上の
   ８ヵ所以上において、ほぼ同時に該紙面によって反射し
   た光を捕捉し、 前記無偏光の照射位置を前記抄紙機のクロスマシン方向
   に走査し、 前記反射光の強度の分布を曲線近似して、前記紙におけ
   る繊維配向特性の評価に寄与させるための繊維配向角を
   求めることを特徴とするオンラインでの紙の繊維配向測
   定方法。
3. 【請求項３】 紙のフェルト面およびワイヤー面のそれ
   ぞれに対して垂直に無偏光を照射し、その反射光をそれ
   ぞれの側で捕捉することを特徴とする請求項１または請
   求項２のいずれかに記載の紙の繊維配向測定方法。
4. 【請求項４】 紙面によって反射した光の捕捉を、前記
   紙面に平行な面と入射光軸との交点を中心とする前記円
   周上でほぼ等間隔にある位置において行なうことを特徴
   とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の紙の
   繊維配向測定方法。
5. 【請求項５】 静止または走行中の紙の紙面に対して垂
   直に無偏光を照射する投光手段と、 該紙面の前記無偏光の入射側であって紙面に平行な面と
   入射光軸との交点を中心とする該平行な面内の円周上に
   配設し、受光部が該紙面と入射光軸との交点を臨んで該
   紙面によって反射した光を捕捉する８個以上の受光手段
   と、 前記それぞれの受光手段により測定された反射光強度が
   入力され、該入力信号を適宜に処理して光強度情報を出
   力する光情報処理回路と、 前記光情報処理回路の出力信号から反射光の強度の分布
   を曲線近似して、前記紙における繊維配向特性の評価に
   寄与させるための繊維配向角を算出する演算回路とを備
   えたことを特徴とする紙の繊維配向測定装置。
6. 【請求項６】 抄紙機上を走行中の紙の紙面に対して垂
   直に無偏光を照射する投光手段と、 該紙面の前記無偏光の入射側であって紙面に平行な面と
   入射光軸との交点を中心とする該平行な面内の円周上に
   配設し、受光部が該紙面と入射光軸との交点を臨んで該
   紙面によって反射した光を捕捉する８個以上の受光手段
   と、 前記それぞれの受光手段により測定された反射光強度が
   入力され、該入力信号を適宜に処理して光強度情報を出
   力する光情報処理回路と、 前記光情報処理回路の出力信号から反射光の強度の分布
   を曲線近似して、前記紙における繊維配向特性の評価に
   寄与させるための繊維配向角を算出する演算回路とから
   なり、 前記投光手段と受光手段とを前記抄紙機のクロスマシン
   方向に走査させることを特徴とする紙の繊維配向測定装
   置。
7. 【請求項７】 前記紙面をフェルト面およびワイヤー面
   とし、それぞれの面を照射する前記投光手段とその反射
   光をそれぞれの側で捕捉する前記受光手段とを備えてい
   ることを特徴とする請求項５または請求項６のいずれか
   に記載の紙の繊維配向測定装置。
8. 【請求項８】 前記８個以上の受光手段を、前記紙面に
   平行な面と入射光軸との交点を中心とする前記円周上に
   ほぼ等間隔に配設したことを特徴とする請求項６ないし
   請求項７のいずれかに記載の紙の繊維配向測定装置。